利用秸秆生产生物质燃料、瓦楞纸、有机肥的方法与流程

本发明属于生物质原料综合利用技术领域，具体涉及一种利用秸秆生产生物质燃料、瓦楞纸、有机肥的方法。

背景技术：

我国木材资源缺乏，瓦楞纸等工业包装纸主要原料是回收废箱板纸，主要来源有国内回收废纸和进口废纸。

2017年，我国瓦楞箱板等工业包装纸总产量4720万吨，占中国造纸总体产量11130万吨体量的42%；我国是世界废纸进口第一大国，2017年进口废纸2572万吨；纸类产品的20%以上，随货物出口和一次性消费用纸损失；另有大约20%左右做为书籍资料等存储起来，国内废纸回收量已经超过5000万吨，接近回收极限；特别是工业包装纸（废纸箱）产品，由于多次回收循环再利用，导致纤维强度、得率下降，纤维品质越来越差，致使化学助剂的用量增加，污水处理费用增加；只能靠进口occ（废箱板纸）来增加新鲜纤维的加入，以提高纤维强度和得率。

历史上，我国的瓦楞箱板等工业包装纸的自制浆生产，主要以植物秸秆为原料，使用半化学法，加入碱性化学药品进行蒸煮制浆，由于污染严重、技术落后、效能低下，自上世纪90年代，已全部逐步关停；现在生产运行的瓦楞箱板等工业包装纸企业，大部分采用国内回收废纸和进口废纸为原料；我国的第一大废纸进口来源是美国，由于限制进口等原因，导致近两年原料和成品市场像过山车一样剧烈波动，严重影响了整个行业的健康发展。

我国是货物贸易顺差大国，也就是说，出口货物量远大于进口货物量，这就导致大量工业包装物随出口货物一起出口，使工业包装纤维原料一直处于总量净减少状态，更加剧了纤维原料的短缺。

纤维原料缺乏，将是我国长期的痛点，解决我国瓦楞箱板等工业包装纸用自产纤维浆料，可减少对进口废纸的严重依赖，降低整个行业的成本，具有重大的战略意义和长远的经济意义。

禾本科植物秸秆原料的组分，灰分2.5-6%，稻草可以达到16%；冷水抽出物2.5-8%；热水抽出物达13-29%（秸秆样品在蒸馏水中煮沸180min后损失的物质，主要是水溶性的糖、植物碱、环多醇、单宁、色素，以及胶质、粘液、淀粉、果胶质、多乳糖等多糖类物质，大部分具有良好的生化降解性）；1%氢氧化钠抽出物27-40%，麦草和稻草可以达到45-48%（秸秆样品1%氢氧化钠溶液中煮沸60min后损失的物质，主要是部分低分子量木质素、多戊糖、多己糖、树脂酸及糖醛酸等）；多戊糖（主要是阿拉伯糖和木糖）18-26%；纤维素36-44%；木质素含量14-23%，且分子量分布范围广，平均分子量约为8000-10000，其中20000以上大约5%，10000以下约占75%，结构单元中酚羟基含量较高，约有35-45%的酚型结构，其他酸性基团也较木材多；秸秆类物料的半纤维素主要是4-o-甲基葡萄糖醛酸、阿拉伯糖、木糖的复合多糖聚合物。

阔叶木材原料的组分，灰分0.2-0.7%；冷水抽出物1-1.7%；热水抽出物1.6-3.5%；1%氢氧化钠抽出物17-22%；多戊糖（主要是木糖）21-29%；纤维素49-55%；木质素18-23%，平均分子量约为16000-20000，其中20000以上大约24%，10000以下约占43%，只有约20-30%的酚型结构单元；半纤维素主要是4-o-甲基葡萄糖醛酸和木糖的复合多糖聚合物。

从纤维形态来看，禾本科植物秸秆原料纤维平均长度1.3-2.0mm，长宽比110-174；以阔叶木材速生杨为例，纤维平均长度0.8-1.3mm，长宽比40-64；仅从纤维形态来看，秸秆纤维要优于速生阔叶木材。

化学浆在蒸煮过程中，要求尽量脱除木质素，保留纤维素和半纤维素；瓦楞纸用浆的制造方法和使用目的，不同于化学浆，要求在保留纤维素和半纤维素的同时，也要保留木质素以保持纸浆的强度和得率，以提高瓦楞纸的挺度、环压强度等指标；木质素作为植物细胞之间的黏结物和细胞壁的填充物，使植物体具有刚性，木材木质素平均分子量是秸秆物料的两倍，采用同样工艺技术，以木材为原料生产的瓦楞纸用浆，强度指标要远好于秸秆原料生产的纸浆，这是主要原因之一。

作为植物秸秆原料，生产瓦楞纸用浆，如果加入氢氧化钠等化学品，大部分1%氢氧化钠抽出物组分将进入蒸煮液，较高灰分含量中的一大部分，主要是硅酸盐类无机物也进入蒸煮液，使蒸煮液不仅溶解物含量高，且粘度高，滤水性差，洗涤用水增加，导致废水浓度较低且量大，由于碱性降解物的生化降解性较差，一般bod5/cod不超过0.35，属于难降解废水，废水处理设施的投资和运行费用极高，且难以达标，这也是历史上大量这类工厂没能生存到今天的主要原因。

还有采用蒸汽爆破的方式处理秸秆物料，再经过磨浆作为瓦楞纸浆配料使用，由于没有充分的洗涤和纤维润涨过程，爆破方向选择性差，产生大量纤维碎片，大部分是喷放冲击波击碎的径向断裂碎片，并不是从内部纤维各个润涨点形成的轴向撕裂，从而无法形成纵向撕裂为主的细纤维化形态；没有使物料微细纤维化，产生可以氢键结合的位点较少，严格意义上讲，这种方法制作的物料，不能算作纸浆，不具备纸浆所需的技术特性，无法单独使用生产纸，只是作为配料使用的，或在废纸浆中掺入、或在化学浆中掺入生产纸品；配入的产品有瓦楞纸或餐盒、餐盘等纤维压制品；还有一类方法，是将秸秆原料切断浸渍后，直接使用高浓磨浆机或双螺杆制浆机与高浓磨浆机组合进行磨浆，这种产品的品质与上述方式一样，用途与作用也基本一致；所制备的“纸浆”不具备纸浆的技术特征，是生产不出瓦楞纸等纸制品的，只能作为少量配料使用。

也有使用高温高压（1.2-2.0mpa，甚至更高）蒸汽爆破秸秆物料的方法，作为生产纤维素乙醇的预处理手段，过短的高温高压处理时间，使物料不能受热均匀（植物体和不能对流的水都是热的不良导体），特别是木质素不能充分受热软化（具有玻璃化特性，软化过程没有临界点，即随温度升高越来越软），增加了从内部向外撕裂植物细胞的阻力；没有充分的预先洗涤及纤维润涨，就不能产生内部的纤维轴向撕裂；过高的喷放压力，产生过强的冲击波，使长条形的物料径向断裂，形成接近圆形的颗粒状碎片，而圆形是相同体积物料中，比表面积最小的一种形态，远不如细纤维化形态的物料比表面积大，酶制剂的可及率就不高，酶解效果也就不会好；过高的温度，会发生过多的热化学反应，产生对酶解发酵具有抑制作用的衍生物；

而植物秸秆热水抽提洗涤，使可抽提物大量溶出，抽提后的物料组分集中于纤维素、半纤维素和木质素；物料孔隙率增加，纤维润涨更好；在不加化学品的高温水蒸煮过程中，由于含有的较多的酚羟基、羧基等酸性基团，以及乙酰化聚糖水解产生的乙酸和糖醛酸基，可使蒸煮液ph值降至2.0-5.0，降低的ph值，使半纤维素水解进程加快；半纤维素降解生成的4-o-甲基葡萄糖醛酸、阿拉伯糖和木糖，进入蒸煮液，具有良好的生化降解性，而天然气的主要成分是甲烷，厌氧产生甲烷的途径就是有机物先降解为乙酸，才能再降解为甲烷；去除大部分热水抽提物的物料，其半纤维素降解产物相对纯净，也可进行高值化利用；半纤维素的大量降解，使物料孔隙率更高，剩余组分中主要是纤维素和木质素，在高温蒸煮预水解酸性条件下，木质素发生缩合反应，同时由于有化学键连接的半纤维素大量降解产生的空洞效应，木质素分子的空间结构和位置将发生变化和位移；而纤维素和木素质之间没有化学键连接，只有氢键作用，充分润涨的纤维，扩大了木质素与纤维素的氢键作用距离，降低了这种氢键结合力，更容易在喷放及磨浆外力作用下分离开，产生类似于化学制浆蒸煮溶出反应物的效果；同时物料孔隙率增加也促进了纤维的润涨（润涨主要发生在纤维素的无定型区），使物料组织结构内部吸收的水分量和分布范围更大，喷放过程中，这些水分的爆破点就多，范围也大，充分的纤维润涨，使微细纤维之间的氢键结合力下降、柔韧性增加，物料纤维束大部分沿无定型区纤维轴向撕裂，物料比表面积大幅提升，酶解可及率增加，提高了酶解效率；细微纤维裸露出大量的羟基，出现大量的氢键结合位点，为提高纤维结合强度创造了条件；这也是与上述蒸汽爆破物料的根本区别之处。

纤维素分子的葡萄糖基的α-苷键，对酸的抵抗力较弱，在酸性、适当的温度和处理时间条件下，纤维素发生也可以水解反应，产生水解纤维素、纤维素糊精、低聚糖、纤维二糖，最后水解为葡萄糖，也进入蒸煮液；纤维素的水解，是深度润涨结果，也会提高喷放撕裂效果，增加物料的比表面积，提供更多的氢键结合位点；在化学浆生产中，木质素大部分脱除，纤维基本裸露出来，要尽量保护，这种水解现象是要竭力避免的。

作为木材原料，半纤维素和木质素含量与秸秆物料相近，但其木质素的分子量分布范围窄，平均分子量是秸秆原料的大约2倍；灰分含量仅有秸秆原料的不到十分之一，热水抽出物仅有秸秆原料的十分之一至四分之一，纤维素含量高出将近15%，所以能够生产出质量较高的纸浆，而且废水容易处理。

在不加化学品的高温水蒸煮过程中，随着ph值的降低，木质素相互之间发生缩合反应，变成分子量更大的木质素，而且结构和化学性质更稳定；对化学制浆来说，这是最不希望发生的，但生产瓦楞纸用浆，却可以提高原料的刚性强度，进而提高瓦楞纸的挺度、环压强度等重要指标，使产品品质提升；缩合后性质趋于稳定的木质素，对纤维素酶的吸附能力下降，还可提高酶解效率。

纤维素乙醇秸秆预处理的目标之一，是尽量降低酶解物料的尺寸、增加比表面积，本质上是提高物料纤维素的单位重量比表面积，提高酶制剂对纤维素的可及率，提高酶解效果；在秸秆物料酶解过程中，由于先期物料含有的细碎纤维物料较多，酶解速率快、效率高，随着细碎纤维的消耗，粗大纤维比例越来越高，其比表面积较小，酶制剂的可及率较低，加上纤维素酶解后裸露木质素的屏障和吸附作用，酶解效率逐渐降低；细碎纤维组分适合做为酶解物料使用，比面积大，酶解效率高；长纤维组分长度大，挺度和强度高，可生产品质较好的瓦楞纸。

秸秆物料处理过程中，水膜除尘循环喷淋水、热水抽提洗涤水，主要是水溶性的糖、植物碱、环多醇、单宁、色素以及胶质、粘液、淀粉、果胶质、多乳糖等多糖类物质，大部分具有良好的生化降解性，实际溶出量约5-15%；多级逆流洗涤水，主要是半纤维素降解物4-o-甲基葡萄糖醛酸、阿拉伯糖和木糖，还有一些低分子量水溶物、有机酸和胶体物，也具有良好的生化降解性；蒸馏废醪液，主要含有溶解性碳水化合物，具有较好的生化降解性；以上废水，bod5/cod比值约0.6-0.85，具有很好的生化降解性（传统制浆造纸行业废水bod5/cod比值普遍小于0.35），进厌氧处理生产沼气并净化为天然气；生物天然气也是我国大力鼓励发展的产业，可优先并网进入城市燃气管道系统；生物质原料以液态形式厌氧产沼气，效率远远高于秸秆整体厌氧发酵产沼气的方式。

蒸馏废醪渣料主要是没有酶解的结晶纤维素和木质素混合物，其中木质素约60-80%左右，结晶纤维素约20-40%左右，灰分主要结合在木质素中；可直接用于生产颗粒燃料，热值可达到3500kcal/kg以上。

肥沃的土地中，含有大量有机质腐殖酸，是有机农作物的营养源，而腐殖酸主要来源于天然木质素，本方法中蒸馏废醪渣料含有的木质素，没有经过无机化学品的处理，基本保持了天然木质素的结构形式，更接近于天然形成的有机质腐殖酸，也可以与植物碎屑、厌氧和好氧污泥、气浮浮渣等混合发酵生产有机肥。

蒸馏废醪渣料虽然是微细颗粒状外形，但相比长纤维组分具有更小体积和更大的比表面积，表面具有大量的羟基，既有纤维素的羟基，也有木质素的羟基，具有很强的氢键结合能力，也可以直接掺入长纤维组分生产瓦楞纸，可以提高瓦楞纸的紧度和强度。

仅在磨浆前加入少量氧化钙，用于调节ph值，在酶解的ph5.0-6.0的条件下，溶解的钙离子可与木质素结合使之钝化，减少对酶制剂的无效吸附；在瓦楞纸等其它系统的中，ph值提高至ph6.5-7.5，氧化钙遇水生成氢氧化钙，溶解度较低，在厌氧处理、好氧处理和发酵过程中，水系统中有大量二氧化碳产生，使溶解的钙离子大部分以碳酸钙的形式沉淀絮凝，并分离出水系统；氧化钙在磨浆后加入，主要进入低浓废水，在低浓废水进入好氧处理前，设置气浮除钙设施，去除水中钙离子絮凝沉淀物，通过循环除钙，减少钙离子在系统内的结垢，并降低进入厌氧塔循环水钙离子浓度，减少厌氧活性污泥的钙化（废纸中含有大量钙质填料，以废纸为原料的瓦楞纸厂，使用这种办法有效防止循环水中钙质溶解物的累积）；且成品瓦楞纸、颗粒燃料、有机肥、排出系统的泥沙可以带走一部分无机盐类，系统内不会产生溶解性无机盐类累积；经厌氧处理后的废水，再经过好氧处理，cod达到300mg/l以下，与低浓废水混合后，在系统内封闭循环使用；其中发酵用水主要使用烘缸冷凝水和补充新鲜水；实现生产用水零排放。

综上所述，需要利用秸秆生产生物质燃料、瓦楞纸、有机肥的方法。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供利用秸秆生产生物质燃料、瓦楞纸、有机肥的方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：利用秸秆生产生物质燃料、瓦楞纸、有机肥的方法，包括秸秆切断、干法及水膜除尘、热水抽提洗涤除砂、连续蒸煮水解、喷放接收、多级逆流洗涤、高浓磨浆、纤维分级处理、长纤维浓缩、长纤维熟化处理、长纤维磨浆、长纤维生产瓦楞纸步骤；以及细碎纤维浓缩、细碎纤维酶解发酵蒸馏生产纤维素乙醇、废醪渣料生产颗粒燃料步骤；还有高浓度废水厌氧处理、好氧处理、污泥浓缩、沼气净化为天然气、植物碎屑生产有机肥步骤，废水处理形成水封闭循环系统，即各环节产生的废水经过处理后再次循环利用。

秸秆切断步骤具体为：将秸秆物料切断，送入干法除尘机，扬起的尘土和碎屑被引风机吸入水膜除尘步骤，秸秆物料切断长度20-40mm，合格率85%以上。

干法除尘步骤具体为：切断的秸秆物料，在干法除尘机内松散翻转，将料片上粘附的泥沙筛出并排出系统，然后送入抽提洗涤除砂步骤；扬起的尘土和碎屑被引风机吸入水膜除尘步骤。

水膜除尘步骤具体为：风机送来的含有尘土和碎屑的气流，在喷淋水膜和旋流器的作用下，干净空气排空，植物碎屑和泥沙沉降下来，过滤出植物碎屑，分离出泥沙，过滤水再循环使用，至cod值达到3000mg/l以上，送水处理系统与高浓废水混合，再进厌氧处理产沼气并净化为天然气；使用抽提洗涤除砂步骤循环利用后的洗涤水作为喷淋水，水温40-70℃；植物碎屑主要是叶、髓部分，用于生产有机肥料。

热水抽提洗涤除砂步骤具体为：秸秆物料送入抽提洗涤除砂步骤，使水溶性物质溶解，洗涤时间5-90min，水温60-100℃，洗涤物料含量2-15%（料水比）；洗涤水循环使用，至cod值达到2500mg/l以上，送水膜除尘系统；cod值达到3000mg/l以上，送厌氧系统前与高浓废水混合，并将洗涤水中的泥沙分离出来，输送出系统；热水抽提洗涤使大量水溶性物质溶出，秸秆物料孔隙率增加，水分子更容易渗透进入秸秆物料组织结构内部。

连续蒸煮水解步骤具体为：秸秆物料进料干度40-50%，蒸煮料水比1:1-4，蒸煮温度143-191℃，蒸煮压力0.3-1.2mpa，蒸煮时间20-60min，直接喷放，喷放频率10-16次/min，每次喷出持续时间0.05-1秒钟，喷放物料浓度15-40%，ph值2.0-5.0，蒸煮过程不加化学品；可根据最终纤维分级处理要求，调节以上数据，如需提高长纤维组分比例，则降低蒸煮水解温度和压力，同时可以降低蒸煮器料塞干度和紧度，也就降低了料塞区物料之间的搓揉作用，也降低了喷放撕裂强度，可增加纤维长度；如需提高细碎纤维组分比例，则要提高蒸煮水解温度和压力，同时需提高蒸煮器料塞干度和紧度，也增加了料塞区物料之间的错位撕裂作用，可降低纤维平均长度；如需增加天然气产量，可延长蒸煮水解时间，增加半纤维素降解物含量，提高逆流洗涤水可降解cod含量。

喷放接收步骤具体为：接收带有压力的喷放物料，接收物料浓度15-40%；所述的喷放过程，就是完成蒸煮水解过程的物料，短时间内由高温高压状态释放至常压接收装置中，物料中的水分子和挥发组分迅速挥发扩散，体积急剧膨胀，将热能转化为动能，产生类似于爆破的作用，物料含有水分和挥发组分的内部结构部位成为爆破点，喷放过程中，这些水分子和挥发组分从内部急剧汽化膨胀，将物料从内部撕裂破碎。

传统蒸煮制浆过程，使支撑物料结构强度的木质素溶出，物料组织结构已经坍塌，很容易分离成浆料，所以一般采用降温降压喷放，对喷放接收步骤的压力扩散消减速率也就没有特别要求；本方法中物料结构强度基本没有破坏，采用高压下瞬间直接喷放，喷放频率高，单次喷放物料量少，压力消减速率快，爆破撕裂效应好，与传统蒸煮制浆喷放和接收过程有本质区别。

蒸煮水解处理过程中，由于ph值降至ph2-5.0的酸性范围，半纤维素也大量降解，物料内部结构出现更多的空隙，水分子对物料的渗透更深入，纤维的润涨也更广泛，这些渗透的水分子和润涨纤维的水分子，在喷放中都会成为爆破点，从广泛多点的纤维内部产生撕裂，纤维的润涨使微细纤维之间的氢键结合力下降，并在各个润涨点形成爆点，大量原本处于植物结构内部的纤维，从内部撕裂外翻成为纤维物料的裸露表面，使纤维束沿轴向撕裂出大量的细微纤维，物料比表面积大幅提升，酶解可及率增加，提高了酶解效率；大量出现的细微纤维裸露出大量的羟基，产生大量的氢键结合位点，类似于打浆作用，可以提高纤维之间的结合强度，提高瓦楞纸的结合力。

多级逆流洗涤步骤具体为：来自喷放接收步骤的物料，通过多级逆流洗涤，将蒸煮水解过程中产生的溶解物和胶体物洗出，主要成分是半纤维素降解物、低分子量溶解物、有机酸和胶体物等，洗涤水送水处理系统与低浓废水混合调节cod值，再进厌氧处理产沼气；也可进一步提纯或发酵生产高值化产品；脱水设备进口物料浓度稀释至3-15%，出口浓度浓缩至15-35%，采用2级以上逆流洗涤方式，洗涤水cod达到25000-90000mg/l。

经过上述各步骤处理，物料组分中纤维素和木质素比例大幅提升；且大量纤维呈现出细纤维化形态；木质素发生缩合，分子量增大、反应活性趋于稳定；细纤维化有利于提高瓦楞纸结合强度，木质素分子量增加可以提高瓦楞纸挺度；同时，细纤维化增加了纤维素的比表面积，木质素活性稳定可以减少对酶制剂的无效吸附，可显著提高酶解效率。

高浓磨浆步骤具体为：洗涤后的物料，采用1级以上串联高浓磨浆，磨浆进料浓度25-35%，温度90-95℃，叩解度25-35ºsr；磨浆机进口加入氧化钙粉末，调节磨浆机出口物料ph值至ph4.8-6.0。

酶解需要的ph值为ph5-6.0，洗涤后的物料ph值偏低，需加入碱性物质调节，加入氧化钙粉末，与有机酸反应生成有机酸钙盐，或与水分反应生成氢氧化钙，并放出热量，一是能软化木质素提高磨浆效果；二是浆料经过干湿法净化、热水抽提洗涤、蒸煮水解及多级洗涤，物料中易溶出物质已经大部分分离出去，主要是纤维素和预处理后性质较稳定的木质素，且ph值不高于ph7.5，溶出物很少；三是氧化钙与水反应生成的氢氧化钙溶解度较低，且在厌氧处理、好氧处理和发酵过程中，水系统中有大量二氧化碳产生，使溶解的钙离子大部分以碳酸钙的形式絮凝沉淀下来，并通过好氧处理前的气浮除钙设施分离出水系统，不会造成水系统溶解性钙盐累积，对水系统影响不大；四是木质素活性基团会与钙离子结合，使木质素活性降低，减少对酶制剂的吸附，提高酶解效率；五是加入氧化钙粉末不影响过程物料浓度；六是钙类化合物是造纸行业常用的矿物原料添加剂，多余的钙质将留着在瓦楞纸中。

纤维分级处理步骤具体为：稀释高浓磨浆后的物料，并进行纤维分级处理，进料浓度为1.0-3.5%；长纤维组分出浆浓度1-6%；细碎纤维出浆浓度0.5-3.5%；长纤维分级处理比例0%-100%，细碎纤维分级处理比例100%-0%。

长纤维分级处理比例0%-100%，细碎纤维分级处理比例100%-0%；就是可以100%做为长纤维使用，全部用于生产瓦楞纸；也可以100%做为细碎纤维使用，全部用于酶解发酵蒸馏生产纤维素乙醇。

长纤维组分生产瓦楞纸，还包括以下具体步骤：

长纤维组分浓度由1-6%脱水浓缩至25-35%；

对长纤维组分进行加热熟化，使木质素软化，便于后续磨浆，物料浓度25-35%，熟化温度95-100℃，时间30-90min；

熟化后的物料进行磨浆处理，磨浆浓度4-35%，磨浆叩解度26-32ºsr；磨浆机进口加入氧化钙粉末，调节磨浆机出口物料ph值至ph6.5-7.5；

使用磨浆后的长纤维生产瓦楞纸。

细碎纤维组分浓缩步骤：

细碎纤维组分浓度由0.5-3.5%脱水浓缩至15-40%。

细碎纤维组分酶解发酵蒸馏生产纤维素乙醇和废醪渣料生产颗粒燃料步骤具体为：

细碎纤维组分进行酶解、发酵、蒸馏生产纤维素乙醇，酶解干物质含量15-40%；蒸馏废醪液cod达到35000-60000mg/l，送厌氧系统产沼气并净化为天然气；蒸馏废醪渣料生产颗粒燃料，也可用于生产有机肥，还可以掺入长纤维组分生产瓦楞纸，还可以做为木质素产品出售。

高浓废水厌氧处理、好氧处理、水封闭循环、沼气净化为天然气，植物碎屑等生产有机肥步骤具体为：

水膜除尘循环喷淋水和秸秆抽提洗涤水经过固液分离后，与高浓度的多级逆流洗涤水和蒸馏废醪液，混合调节cod值，进厌氧处理生产沼气并净化为天然气；过滤出的植物碎屑与厌氧、好氧污泥、气浮浮渣、还可以加入废醪渣料，用于生产有机肥；经厌氧处理后的废水，再经过好氧处理，cod达到300mg/l以下，与低浓废水混合后，在系统内封闭循环使用；其中发酵用水主要使用烘缸冷凝水和补充新鲜水；生产用水零排放。

系统用水全部经过磁化处理，磁场强度为4000-8000gs；水流通过时间0.5-10秒钟，使用磁化处理的水，可提高微生物活性，能提高酶解、发酵、废水厌氧处理、好氧处理等微生物的作用效率。

本发明具有以下有益效果：

1、水膜除尘循环喷淋水和热水抽提洗涤水含有的洗出物，主要是水溶性的糖、植物碱、环多醇、单宁、色素以及胶质、粘液、淀粉、果胶质、多乳糖等多糖类物质，大部分具有良好的生化降解性，实际洗涤溶出量大约5-15%，很容易降解生成沼气；分离出这些组分后，还可以提高后续浆料的滤水性、提高结合力，降低蒸汽和动力消耗；植物秸秆中的叶、髓部分，主要是储存营养物质的薄壁细胞，纤维素和木质素含量较少，分子量较低，容易降解，做为植物碎屑分离出来，适合用于发酵生产有机肥。

2、本发明的热水抽提洗涤使低分子量水溶物溶出，增加了物料孔隙率，也提高了纤维的润涨作用，充分吸水润涨的纤维，使微细纤维间的氢键作用力大大降低，在喷放释压过程中，纤维吸水润涨的每个点都会成为爆破点，纤维束更容易从内部产生轴向撕裂，也就是出现细纤维化趋势，同时撕裂木质素结构层；木质素是疏水的，高温下会变软，物料组织内部的水分在喷放释压过程中，能对其产生爆破撕裂；使物料单位重量的纤维素比表面积增大，即有利于酶解进程，也有利于纤维之间形成更多氢键提高瓦楞纸的强度。

3、经过本发明前段处理和逆流洗涤的物料，纤维素和木质素组分比例大大提高，已经超过阔叶木材，其中的薄壁细胞类物质或热水抽提物已经降至低于速生阔叶木材；在不加化学品的连续蒸煮水解过程中，秸秆物料本身的羧基、酚型结构和高温下变异产生的羧基等酸性基团，使蒸煮液ph值降至2.0-5.0，在高温和酸性条件下，活性很高的木质素，会发生大量的缩合反应，使木质素平均分子量增加，且缩合后的木质素性质趋于稳定；失去低分子量组分的物料孔隙率增加，木质素裸露的比表面积扩大，更促进了缩合反应的进展，进而提高瓦楞纸浆的挺度和强度；瓦楞纸用浆不同于化学浆，要保留木质素以保持纸浆强度和得率。

4、在高温和酸性条件下，木质素缩合，活性降低，酶解过程中对酶制剂的吸附能力也将降低，可提高物料的酶解效率。

5、进行纤维分级处理处理，将长纤维组分和细碎纤维分开，细碎纤维组分平均外形尺寸小、比表面积大，酶制剂的可及率高，酶解效果好，可降低纤维素乙醇成本；长纤维组分比表面积较小，外形尺寸长，结晶纤维素含量较高，酶制剂的可及性较差，但长纤维长度大，挺度和强度高，做为瓦楞纸浆使用，可生产品质较好的高强瓦楞纸，提高了长纤维组分的价值。

6、秸秆木质素结构单元中酚羟基含量较高，约有35-45%的酚型结构，其他酸性基团也较多，活性较强，对阳离子具有强烈的吸引作用；秸秆中的重金属阳离子，取代酸性基团的氢原子，以不溶性盐的形式结合在木质素中，结合金属阳离子的木质素化学性质稳定，包括对酸、碱及一般氧化剂也很稳定，难以形成游离态的金属阳离子，金属阳离子被稳定的结合在木质素中；金属阳离子也会以络合物形式结合在木质素中；通过能富集重金属元素的植物，将重金属元素富集到秸秆中，并通过本发明的方法，将蒸馏废醪渣料也掺入长纤维组分生产瓦楞纸，最终秸秆中富集的重金属元素，随木质素转移到瓦楞纸中，以经济可行的方式，将污染土地的重金属元素转移至工业品中，实现无害化处理，为修复我国的重金属污染土地提供一个可行的技术方向。

7、本发明废水零排放，环境友好，这是以秸秆为原料单独生产纤维素乙醇、天然气、瓦楞纸、有机肥中的任何一种产品都无法达到的。

8、本发明的利用秸秆生产生物质燃料、瓦楞纸、有机肥的方法，可实现秸秆物料各组分高值化综合利用，环境友好，过程废水资源化利用，并制备出比表面积大、适于酶解的细碎纤维组分和高质量的瓦楞纸；本发明的推广和应用，可提高我国瓦楞箱板等工业包装纸自产浆料能力，缓解我国纤维原料缺乏的难题，减少对进口废纸的依赖；细碎纤维组分用于酶解系统，提高了可酶解性，降低了纤维素酶解制糖成本，从而促进生物质综合利用技术的发展。

附图说明

图1是利用秸秆生产生物质燃料、瓦楞纸、有机肥的方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步地说明。

实施例1

利用秸秆生产生物质燃料、瓦楞纸、有机肥的方法，包括以下步骤：

秸秆物料通过皮带输送机连续送入秸秆切断机，将秸秆物料切断，切断长度20-40mm，合格率85%；再通过皮带输送机送入除尘机；秸秆物料在辊式除尘机内松散翻转，将料片上粘附的泥沙筛出，然后通过皮带输送机送入热水抽提洗涤除砂装置，扬起的尘土和碎屑被引风机吸入水膜除尘系统，含有尘土和碎屑的气流，在温度50℃喷淋水膜和旋流器的作用下，干净空气排空，植物碎屑和泥沙沉降下来，过滤出植物碎屑，分离出泥沙，植物碎屑用于生产有机肥；过滤水再循环使用，至cod达到3300mg/l，送水处理系统与高浓废水混合，进厌氧产沼气并净化为天然气；

除尘后的物料送入热水抽提洗涤除砂装置，洗涤时间10min，洗涤水温80℃，洗涤物料含量3.5%（料水比），至洗涤水cod循环达到2500mg/l，将抽提洗涤水中的植物碎屑分离出来用于生产有机肥；洗涤水送水膜除尘系统作为循环喷淋水使用；分离出泥沙输送出系统；cod循环达到3300mg/l，直接送水处理系统与高浓废水混合；

抽提洗涤后的秸秆物料进入连续蒸煮水解系统，料塞螺旋机料塞干度50%，蒸煮温度185℃，蒸煮压力1.0mpa，蒸煮时间35min，蒸煮料水比1:1.5，弯管喷放装置直接喷放，物料快速减压进入接收装置，喷放频率12次/min，每次喷出持续时间0.1秒钟，喷放物料干度30%；

来自喷放接收步骤的物料，使用二级挤压脱水装置脱出的液体稀释至浓度10%，进入一级挤压脱水装置，挤出液进入收集罐，出口浓度35%，使用三级挤压脱水装置脱出的液体稀释物料至浓度10%，进入二级挤压脱水装置，出口浓度35%，使用回用水稀释物料至浓度10%，进入三级挤压脱水装置，出口浓度35%；收集罐挤出液cod约30000-45000mg/l，送厌氧处理前与低浓废水混合后再进入厌氧系统；

三级逆流挤压洗涤后的物料，采用2级串联高浓磨浆，磨浆进料浓度35%，磨浆温度90℃，磨浆叩解度30ºsr；磨浆机进口加入氧化钙粉末，调节物料ph值至ph4.8-5.5；稀释磨浆后的物料至浓度2%，送入纤维分级处理装置进行分级处理，长纤维组分出浆浓度3.5-6%，叩解度18-23ºsr；细碎纤维出浆浓度1.0-1.5%，叩解度35-40ºsr；长、细碎纤维分级处理比例各50%；

长纤维组分浓度由3.5-6%脱水浓缩至35%，加热至温度95℃，熟化处理60min；熟化前的一级磨浆机进口加入氧化钙粉末，调节出口浆料ph值至ph6.5-7.5；先进行熟化前、后的2级高浓磨浆，磨浆浓度35%，再进行三级低浓磨浆，浓度5%；出浆叩解度28-30ºsr，送瓦楞纸机生产瓦楞纸；

细碎纤维组分浓度由1.0-1.5%脱水浓缩至30%，进入酶解、发酵、蒸馏系统，生产纤维素乙醇；蒸馏废醪液cod达到35000-50000mg/l，送厌氧处理；蒸馏废醪渣料的50%用于生产颗粒燃料；30%用于生产有机肥；20%做为木质素出售；

水膜除尘循环喷淋水和热水抽提洗涤水经过固液分离后，与高浓度的多级逆流洗涤水和蒸馏废醪液，混合调节cod值，进厌氧处理生产沼气并净化为天然气；过滤出的植物碎屑与厌氧、好氧污泥、气浮浮渣、废醪渣料，用于生产有机肥；经厌氧处理后的废水，再经过好氧处理，cod达到300mg/l以下，与低浓废水混合后，在系统内封闭循环使用；其中发酵用水主要使用烘缸冷凝水和补充新鲜水；生产用水零排放；

系统用水全部经过磁化处理，磁场强度为4000gs；水流通过时间3秒钟。

实施例2

一种秸秆综合利用生产燃料乙醇、天然气、瓦楞纸、有机肥、颗粒燃料的方法，包括以下步骤：秸秆物料通过皮带输送机连续送入秸秆切断机，将秸秆物料切断，切断长度20-40mm，合格率90%；再通过皮带输送机送入除尘机；秸秆物料在转鼓式除尘机内松散翻转，将料片上粘附的泥沙筛出，然后通过皮带输送机送入热水抽提洗涤除砂装置，扬起的尘土和碎屑被引风机吸入水膜除尘系统，含有尘土和碎屑的气流，在温度55℃喷淋水膜和旋流器的作用下，干净空气排空，植物碎屑和泥沙沉降下来，过滤出植物碎屑，分离出泥沙，植物碎屑用于生产有机肥；过滤水再循环使用，至cod达到4500mg/l，送水处理厌氧产沼气；

除尘后的物料送入热水抽提洗涤除砂装置，洗涤时间60min，洗涤水温100℃，洗涤物料含量10%（料水比），至抽提洗涤水cod循环达到3500mg/l，将洗涤水中的植物碎屑分离出来用于生产有机肥；洗涤水送水膜除尘系统作为循环喷淋水使用；分离出泥沙输送出系统；cod循环达到4500mg/l，送水处理系统与高浓废水混合；

抽提洗涤后的秸秆物料进入连续蒸煮水解系统，料塞螺旋机料塞干度48%，蒸煮温度175℃，蒸煮压力0.8mpa，蒸煮时间40min，蒸煮料水比1:2，弯管喷放装置直接喷放，物料快速减压进入接收装置，喷放频率15次/min，每次喷出持续时间0.15秒钟，喷放物料干度25%；

来自喷放接收步骤的物料，使用二级挤压脱水装置脱出的液体稀释至浓度10%，进入一级挤压脱水装置，挤出液进入收集罐，出口浓度35%，使用三级挤压脱水装置脱出的液体稀释物料至浓度10%，进入二级挤压脱水装置，出口浓度35%，使用回用水稀释物料至浓度10%，进入三级挤压脱水装置，出口浓度35%；收集罐挤出液cod约25000-40000mg/l，送厌氧处理；

三级逆流挤压洗涤后的物料，采用2级串联高浓磨浆，磨浆进料浓度35%，磨浆温度95℃，磨浆叩解度28ºsr；磨浆机进口加入氧化钙粉末，调节物料ph值至ph4.8-5.5；稀释磨浆后的物料至浓度2%，送入纤维分级处理装置进行分级处理，长纤维组分出浆浓度3.0-5%，叩解度18-20ºsr；细碎纤维出浆浓度1.0-1.7%，叩解度32-35ºsr；长纤维组分分级比例60%，细碎纤维组分分级比例40%；

长纤维组分浓度由3-5%脱水浓缩至35%，加热至温度95℃，熟化处理90min；进行3级磨浆处理，熟化前、后进行一、二级高浓磨浆，一级磨浆机进口加入氧化钙粉末，调节ph值至ph6.5-7.5，浓度35%；再进行三级低浓磨浆，浓度4.5%；出浆叩解度28-30ºsr，送瓦楞纸机生产瓦楞纸；

细碎纤维组分浓度由1.0-1.7%脱水浓缩至25%，进入酶解、发酵、蒸馏系统，生产纤维素乙醇；蒸馏废醪液cod达到40000-50000mg/l，送厌氧处理；蒸馏废醪渣料全部掺入长纤维组分用于生产瓦楞纸；

水膜除尘循环喷淋水和秸秆抽提洗涤水经过固液分离后，与高浓度的多级逆流洗涤水和蒸馏废醪液，混合调节cod值，进厌氧处理生产沼气并净化为天然气；过滤出的植物碎屑与厌氧、好氧污泥、气浮浮渣等用于生产有机肥；经厌氧处理后的废水，再经过好氧处理，cod达到300mg/l以下，与低浓废水混合后，在系统内封闭循环使用；发酵用水主要使用烘缸冷凝水和补充新鲜水；生产用水零排放；

系统用水全部经过磁化处理，磁场强度为5000gs；水流通过时间2秒钟。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。